LF40t钢包精炼炉改造方案.docx
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LF40t钢包精炼炉改造方案
成都冶金实验厂有限公司
LF-40t钢包精炼炉改造
初步方案
西安山力冶金机电有限公司
2006年7月31日
一、概述
成都冶金实验厂有限公司炼钢厂现有公称容量30t电弧炉两座，40tLF精炼炉一座，以及四机四流小方坯连铸机一套，形成年产20万吨优质钢坯的短流程炼钢生产线。
其中一台电弧炉为国内某厂家80年代中期的产品，另一台电弧炉为近年新建的成套设备。
LF精炼炉的设计、制造为90年代中期，距今已投产运行近10年时间,目前存在的主要问题是精炼时间较长，电耗高，即升温100℃，电耗大约为100kWh/t钢，冶炼时间35～40min。
经过与成都冶金实验厂有限公司炼钢厂有关技术人员深入交流，双方共同提出，为更好地控制生产成本，加快生产节奏、降低冶炼电耗，拟对现有的40tLF钢包精炼炉系统进行技术改造。
改造方案提出的原则是投资少、回报率高；改造后效果好；改造时间短、对生产影响小。
改造的目标是：
1、LF精炼炉冶炼电耗比改造前降低～20kWh/t钢；
2、升温速度≥4.5℃/min；
3、45t钢水升温90～100℃，冶炼时间30min；
4、LF炉生产能力满足今后扩产后处理年钢水30～35万吨的要求。
二、基本条件
（1）生产规模
电炉车间年产合格钢水20万吨。
（2）产品大纲
经精炼处理的钢种见下表。
钢种
代表钢号
年处理量（万吨）
优质碳素结构钢
20MnSi27MnSi
20
Q235Q345
（3）电炉基本情况
—电炉平均出钢量40t
—电炉最大出钢量45t
—电炉冶炼周期～150min
—电炉出钢温度1650℃
（4）40t-LF钢包精炼炉的主要技术参数
1、公称容量40t
2、精炼能力30～40t
3、钢包内经φ2900mm（上口）/φ2600mm（下口）
4、包壳内高2800mm
5、钢液自由空间高度700mm（40t钢液时）
1100mm（30t钢液时）
6、包盖外径φ2932mm
7、包盖总高1200mm
8、炉盖提升高度400mm
9、炉盖电极分布圆直径φ700mm
10、炉盖孔倾斜度数1.5057°
11、电极直径φ350mm
12、电极分布圆直径φ700mm（炉盖顶面分布）
φ600mm（40吨钢液面分布）
13、电极升降行程2100mm
14、电极升降速度≤5m/min（上升）
≤4m/min（下降）
15、立柱升降方式液压缸（液压伺服控制）
16、变压器额定容量6300kVA
17、变压器一次侧电压10kV
18、变压器二次侧电压215205190175160V
19、二次侧电流16918A（额定）/18500A（最大）
20、短网三相不平衡系数≤8%
21、水冷电缆规格2×3000mm2/相
22、冷却水压力≥0.2MPa
23、液压系统工作压力4～6MPa
24、液压介质水乙二醇
三、技术分析
根据双方交流的情况，综合分析40t-LF精炼炉的工艺条件、设备配置和基本参数后，我们认为，影响LF炉性能发挥、造成目前这种电耗高、升温速度慢的因素应有以下几方面：
1、LF精炼炉整体设计较为落后。
该产品为制造厂家仿造上世纪90年代同类精炼炉设计制造的，限于历史原因主要参数不尽合理，比如三相不平衡系数等；另外总结构上也不够紧凑，主要参数比如变压器至炉子中心的距离、自由空间高度等参数的设计也不符合短网设计的原则，造成大电流回路总体路径较长，损耗大。
2、短网设计不近合理、功率损耗较大。
近年来发展起来并被广泛使用的节能短网技术主要有：
修正平面空间三角形短网布置、铜钢复合全水冷导电横臂的应用、利用计算机技术对短网的优化设计，三相不平衡系数可以做到≤5%。
3、电极升降系统运行不稳定、电气系统较落后造成实际输入炉内的功率较低。
4、变压器无功损耗较大。
变压器空载参数：
Ia=3A
P=15MW
Q=45MVar
综上所述，我们提出以下具体改造方案供贵公司决策。
四、改造方案一
保持现有6300kVA变压器系统、立柱升降系统、桥架及包盖等主体结构不做大的改动，但对整个大电流线路进行彻底改造、按1#电炉调解器的配置方案对精炼炉电气系统进行改造。
通过缩短短网长度，降低三相不平衡度、提高调解器效率等措施达到提高输入功率、降低电耗的目的。
1）变压器移位
鉴于立柱升降系统和桥架及基础不做大改动，横臂上电极中心到立柱中心的距离不可能发生大的变化，缩短大电流线路只能从变压器出线端子到电缆与导电横臂连接之间的位置想办法。
具体方法是优化设计变压器出墙的短网部分、缩短水冷电缆总体长度，使得变压器墙至钢包中心线的距离由原来的6500mm缩短到6200mm，加上短网出墙高度降低和电缆长度减少，总的大电流线路可以缩短约700mm。
这部分改动主要工作量是变压器墙前移的土建施工。
2）横臂
采用铜钢复合全水冷结构导电横臂取代原有的导电铜管式电极支臂。
导电横臂设计电流密度≤4A/mm2，三根铜钢复合导电横臂均为箱式结构，并进行强制水冷，可保证足够的热态强度及刚度。
三根横臂由原有的三根立柱带动独立运动，因此电极仍然为倾斜方式安装，电极心圆的直径保持原设计参数不变。
边相横臂前段设计为内弯的T型结构，边相与中相间的夹角可做得较大，其间的安全距离可得到足够的保证。
三根横臂的夹紧装置结构尺寸完全一致，具有良好的互换性，减化了用户的备品备件管理。
铜钢复合全水冷导电横臂的应用可减少设备的运行故障，使维护工作更为简单，热停工时间大为减少。
电极的夹紧装置置于横臂中，具有良好的工作环境，利用碟簧夹紧，液压缸进行放松，工作可靠，维护调整极为方便，每相横臂与立柱间均设置绝缘，而且，电极抱圈的绝缘面进行陶瓷喷涂处理，相间具有良好绝缘保护，热态工作下绝缘十分可靠，立柱与横臂的联接方式为卡箍螺栓联接，横臂可在装配位置进行微量调整，以保证三相电极的正确位置。
中相横臂后段抬高，使整个短网导电臂部分呈空间三角形布置。
电极横臂由三套铜钢复合导电横臂体，三套电极夹紧放松机构及三个水冷铬青铜电极夹头、电极抱箍等组成。
电极夹紧为弹簧力，放松为液压，缸体为双活塞式，取出活塞即可更换密封圈，无需调整。
夹紧力由专用测力计调整，出厂前以调好。
改造的核心难点是导电横臂与现有立柱的联结。
必须保证水冷电缆的分布合理，同时要考虑适当降低在冶炼过程中工作电极的高度，这样两个边相横臂与立柱的联结支座的设计将采用中心线错位、侧向联结的方式。
技术规格及参数：
电极直径Φ350mm
电极分布园Φ600mm（40t钢液面）
电极最大行程2100mm
电极升降速度
电极放松缸直径Φ220
碟簧尺寸Φ200×101.2×16.2
夹紧力196KN
总行程40mm
电极升降缸尺寸Φ140行程>2200mm
3）短网
a.设备组成
短网由挠性补偿器组、穿墙铜排组、大截面水冷电缆、安装支架、电缆接头、绝缘件以及联接件等组成。
短网是指变压器二次侧出线铜排以后，由挠性补偿器组、穿墙铜排、大截面水冷电缆、导电横臂、以及石墨电极等大电流线路装置。
其穿墙铜排的起始端与变压器二次出线端子之间，采用软绞线电缆的补偿器，可以消除热膨胀，电动力对固定件的影响，穿墙铜排，汇流排以及水冷电缆的支承处均由非导磁不锈钢的支架承托，并用绝缘件衬垫。
铜排选用较大截面，使其每相短网系统的电阻和电抗最小，同时使其三相电抗相等。
技术规格及参数
阻抗绝对值2.6mΩ
三相阻抗不平衡<5%
水冷电缆截面：
3000mm2每相两根
水冷电缆长度：
～6000mm（暂定）
4）调解器系统改造（同1#电炉，不再赘述）
5）供货范围和报价
序号
设备名称
数量
重量
（t）
价格
（万元）
备注
1
导电横臂
1套
5.3
22.3
含不锈钢连接支座3件和绝缘件
2
短网
1套
2.8
19.5
含不锈钢支架、软联和绝缘件
3
水冷电缆
3根
12.9
SL3000×6m
4
调解器系统改造
1套
12
含工控机和西门子S7-300PLC
5
设计、运输和现场服务费
1.5
6
合计
68.2
以上方案，限于保留变压器这一大前提和自由空间高度及横臂长度的制约，要完全达到前述的4项改造目标，我们认为较难实现。
但通过改造达到降低电耗、提高升温速度的目的，还是可以取得一定的效果。
除变压器移位的土建部分改造工期，其他现场安装和调试的时间大约5～6天。
五、改造方案二
根据技术分析中对现有40t-LF精炼炉设计和运行中诸多因素的考虑，本方案提出更多的改造内容，以期通过改造完全达到在本方案概述中双方共同提出的4项改造目标。
具体的改造内容是：
1）更换变压器，采用新的7000kVA精炼炉变压器系统。
2）对整个大电流线路进行彻底改造（同方案一）。
3）横臂改造（同方案一）。
4）按1#电炉调解器的配置方案对精炼炉电气系统进行改造。
5）立柱升降系统、立柱机架、导向轮等结构作局部改造，其他机械部件包括桥架、炉盖提升机构、立柱、油缸等均可以利旧。
电极升降不再采用倾斜电极方式，上下极心圆一致为φ620mm，导向轮装置和立柱的上下支架须重新设计制作，立柱本体可以利旧，但位置前移约200mm，机架和导向轮在原土建基础上重新设计制造。
这样将缩短钢包中心至立柱中心的距离，由原来的3000mm缩短至2800mm。
加之对短网的改造，总的大电流线路长度可以缩短约1200mm，这样将较大地降低短网的阻抗损耗。
6）供货范围和报价
序号
设备名称
数量
重量
（t）
价格
（万元）
备注
1
7000kVA精炼炉变压器
1套
～72
2
导电横臂
1套
5.3
22.3
含不锈钢连接支座3件和绝缘件
3
短网
1套
2.8
19.5
含不锈钢支架、软联和绝缘件
4
水冷电缆
3根
12.9
SL3000×6m
5
机架和导向轮
1套
9.2
7.8
6
调解器系统改造
1套
12
含工控机和西门子S7-300PLC
7
设计、运输和现场服务费
2
合计
148.5
此方案的改造目的是为了满足前述的四项目标，通过对现有40t-LF炉进行总体的优化设计，提高LF炉的综合性能、生产效率和稳定运行性，降低单耗，同时最大限度地利用现有设备，节约改造的投资费用。
此方案的现场工作量较大，包括桥架和立柱机架现场拆除后就地改制、总体设备安装，土建部分变压器墙前移等，较方案一现场总施工时间要长，需大约20天。
西安山力冶金机电有限公司
2006年7月31日
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